填充纳米SiO_2对聚偏氟乙烯膜性能的影响VIP免费

文章编号:1007-8924(2007)06-0047-05填充纳米SiO2对聚偏氟乙烯膜性能的影响张裕卿,张红柳,曲云(天津大学化工学院,天津300072)摘要:聚偏氟乙烯(PVDF)是一种性能优良的膜材料,被广泛用于溶液的净化、分离、浓缩过程.但由于它的疏水性,膜在分离过程中极容易受到蛋白质等有机物的污染,会导致膜通量下降,使用寿命缩短.为提高膜的性能,将经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2粒子填充到聚偏氟乙烯铸膜液中,通过溶胶-凝胶法制得复合膜,并对该膜的形貌、韧性、亲水性和中水处理的性能进行了表征.结果表明,改性的纳米SiO2能够在膜内均匀分散,使复合膜的韧性显著提高,在处理中水过程中纳米SiO2粒子与PVDF结合良好;膜的接触角由83°下降到41°,通量相对稳定,在0.1MPa操作压力下通量维持在280L/(m2·h),表明复合膜的耐污染能力大大增强.关键词:纳米SiO2;聚偏氟乙烯;复合膜中图分类号:TQ028.8文献标识码:A聚偏氟乙烯(PVDF)由于具有良好的耐冲击性、耐磨性、耐候性和化学稳定性而成为目前首选的膜材料之一[1],但是由于PVDF的表面能低,有极强的憎水性[2],所以在用于水体净化、天然产物有效成分的分离、浓缩时,膜容易受到污染[3,4].为了提高膜的使用性能,要对其进行改性.将无机粒子填充到高分子的膜材料中由于操作方便,制备工艺简单而被广泛采用.Genne等[5]把ZrO2添充到聚砜中,提高了膜的通量和耐污染能力.纳米SiO2粒子表面由于具有丰富的硅羟基和较强的表面效应[6],将其填充到高分子材料中,可改善材料的硬度、韧性、亲水性等.Bottino等[7]将纳米SiO2粒子添充到聚乙烯醇中,所得复合膜的热力学性能,强度、韧性等均有不同程度的提高;Merkel等[8]向聚4-甲基-2-戊炔中加入纳米SiO2制成复合膜,所得膜材料的渗透性和选择性都得到了大幅度提高.但目前填充时存在的主要问题是将纳米粒子添充到铸膜液中后,由于纳米粒子的表面能极高,在分子间力、静电作用的影响下,容易团聚,很难均匀分散.为了改善纳米SiO2表面性能,可以采用偶联剂对其进行表面改性[9],降低其表面活性,使其不易团聚;为了更好的分散,可以利用超声波的特殊分散性能[10],超声空化作用所产生的超声波和微射流具有很强的粉碎作用,这样可以达到分散颗粒的目的.本文在前期工作基础之上[11-13]把改性纳米SiO2添充到PVDF中制成复合膜,并对膜的理化性能和对中水的分离性能进行了研究.1实验部分1.1原材料及仪器聚偏氟乙烯,FR904,上海三爱富新材料有限公司;纳米SiO2粒子,SiO2含量不少于9918%,自制;γ-氨丙基三乙氧基硅烷,丹阳市晨光偶联剂有限公司;N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),AR,天津市大茂化学仪器供应站;聚乙二醇400(PEG400),AR,天津市津宇精细化工厂.收稿日期:2006-07-24;修改稿收到日期:2006-10-11基金项目:中国博士后科学基金(413395-0306),天津大学青年教师基金资助项目(411716),天津市科技攻关计划(033180811),天津市应用基础研究计划项目(07JCYBJC00700)作者简介:张裕卿(1963-),男,天津市人,博士后,副教授,研究生导师,〈zhangyuqing@tju.edu.cn〉第27卷第6期膜科学与技术Vol.27No.62007年12月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYDec.2007©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netWH8401型电动搅拌器,天津市威华实验仪器厂;KQ3200DE型医用数控超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;环境扫描电子显微镜(XL30ESEM),荷兰Philips公司;动态接触角测量仪,德国Dataphysics公司;超滤膜评价装置,自制;MAGNA.IR560红外光谱仪,美国NICOLET公司.1.2实验方法1.2.1改性SiO2粒子的制备选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂,将其溶于乙醇水溶液中配成质量浓度为5%～20%的溶液,先用冰醋酸调节pH至3搅拌1h,再用氨水调节pH值至11并搅拌1h后加入SiO2升温至80～100℃进行偶联反应处理1～2h,然后于50～60℃真空干燥即得改性纳米SiO2粒子.1.2.2复合膜的制备将纳米SiO2粒子与PVDF按1∶5的比例溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)配成铸膜液,向其中加入适量致孔剂聚乙二醇400(PEG400)搅拌并超声分散一定时间得透明溶胶,静置脱泡.将脱泡后的溶胶用刮刀在玻璃板上刮膜,在空气中预蒸发一段时间后置于流动的水浴中凝胶48～72h后即制成复...